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CN1044055C - 光放大器 - Google Patents

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CN1044055C
CN1044055C CN95105083A CN95105083A CN1044055C CN 1044055 C CN1044055 C CN 1044055C CN 95105083 A CN95105083 A CN 95105083A CN 95105083 A CN95105083 A CN 95105083A CN 1044055 C CN1044055 C CN 1044055C
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Abstract

一种光放大器，包括用于多路复用或多路分解信号光和泵浦光的多路复用/多路分解单元，一个与第一多路复用/多路分解单元相连的第一光放大介质，用于放大该信号光，一个第二多路复用/多路分解单元与第一光放大介质相连，用于多路复用或多路分解该信号光和泵浦光，一个光信号特性补偿单元与该第二多路复用/多路分解单元相连，用于补偿该信号光的特性，和一个第二光放大介质与该第二多路复用/多路分解单元相连，用于放大该信号光。

Description

光放大器
本发明涉及用于光通信系统中诸如光发送器/接收器设备或光中继器等光传输设备的光放大器。
先有技术中，色散补偿光纤用于光接收器或光发送器以便抑制由于传输线路光纤的波形散射引起的光信号的波形失真，但是由于其很大的损耗，必须将色散补偿光纤与光放大器共同使用以便补偿这种损耗。这项技术在OSA Optical Fiber CommunicationConference,1992,pp.367-370中公开。
图14示出使用先有技术的色散补偿光发送器100与先有技术色散补偿光接收器200的光纤传输系统的一种配置。该光发送器100包括一个掺铒光纤放大器101a，色散补偿光纤103a与一个电光转换器104。该光接收器200包括掺铒光纤放大器201a与201b，光通带滤波器202a与202b，色散补偿光纤203a与203b以及一个光电转换器205。所使用的色散补偿光纤的损耗对于光信号电平分别为3.1dB,10.6dB与5.3dB。为了补偿这种损耗，总共使用了三个掺铒光纤，这种光纤通过应用分离的泵浦光源(pumping lightsources)对信号光进行放大。当增添了色散补偿光纤时，该光纤放大器的特性为，当在前一级设置色散补偿光纤时则噪声系数由于损耗而增加，而在下一级设置色散补偿光纤光输出因损耗而减小。
在图14所示的已知的色散补偿光发送器与色散补偿光接收器中，由于色散补偿光纤的巨大损耗而降低了光信号电平。当使用该光放大器以补偿这种损耗时，光放大器的光输出降低并引起了噪声系数增加这样的问题。为了避免这一问题，必须设置独立的光放大器。
本发明的一个目的是提供一种光放大器，该光放大器能够抑制光输出的降低和噪声系数的增加，即使当使用耗损型色散补偿单元时也无须增加泵浦光的功率或增加泵浦光源的数量。
为了达到以上目的，根据本发明的光放大器，光放大介质被分区，并且在一个分区中提供了对于泵浦光和信号光进行多路复用或多路分解的波长多路复用/多路分解单元，并且该泵浦光被直接发送到下一级光放大介质，这时该信号光是通过一个诸如色散补偿光纤等光信号特性补偿单元发送到下一级光放大介质的，这使得由于光信号特性补偿单元的损耗所造成的光信号电平的降低得以抑制。
在本发明的光放大器中，信号光电平由于其通过光信号特性补偿单元而被降低，但由于应用了没有被前一级光放大介质消耗的泵浦光，它又被下一级光放大介质放大。在下一级光放大介质中，由于输入光的功率低，它接近非饱和态因而增益提高。其结果使得可设定下一级的光放大介质的增益高于该光信号特性补偿单元的损耗。通过把前一级光放大介质的增益设置得足够大，光放大器的噪声系数基本上决定于前一级，于是所插入的光信号特性补偿单元的损耗对该噪声系数的影响得到抑制。
图1表示一个光放大器第一实施例的配置，
图2说明该第一实施例的光放大器的效果，
图3表示光放大器第二实施例的配置，
图4表示光放大器第三实施例的配置，
图5表示光放大器第四实施例的配置，
图6表示光放大器的第五实施例的配置，
图7表示光放大器的第六实施例的配置，
图8表示光放大器的第七实施例的配置，
图9表示光放大器的第八实施例的配置，
图10表示光放大器的第九实施例的配置，
图11表示一个光传瑜系统第一实施例的配置，
图12表示光传输系统第二实施例的配置，
图13表示光传输系统第三实施例的配置，
图14表示在光发送器/接收器中应用色散补偿光纤的先有技术的光传输系统的一个配置。
现结合附图说明本发明的一个实施例。图1表示本发明第一实施例的光放大器的一个配置。光放大器A01包括作为光放大介质的掺稀土光纤1a，波长多路复用/多路分解单元2和3，光隔离器4a与4b，一个泵浦光源5和光信号特性补偿单元6。该光信号特性补偿单元6可以是一个光谐振器，诸如具有反向色散性质或基准(etalon)的高色散光纤，该光谐振器可对传输线路光纤的色散进行补偿，并且对于波长多路复用传输系统，该补偿单元可以是具有光放大介质增益的波长相关均衡滤光器。图1中，信号光波长λs由实线箭头表示，而泵浦光波长λp由虚线箭头表示。该信号光与泵浦光分别通过光隔离器4a与波长多路复用/多路分解单元2和通过波长多路复用/多路分解单元2加到掺稀土光纤1a上，使得该信号光被放大。对于未被波长多路复用/多路分解单元2使用的一个端口，由该光纤的一个斜端终结。然后该信号光依次通过波长多路复用/多路分解单元3，光信号特性补偿单元6以及波长多路复用/多路分解单元3，而泵浦光仅通过该波长多路复用/多路分解单元3加到下一级掺稀土光纤1b上，并且信号光又被放大。通常情况下，在掺稀土光纤1b中，信号输入是大的，因为信号光已由掺稀土光纤1a放大，并且该光纤处于增益饱和态故其增益是低的。但本实施例的配置中，由于只是信号光在光信号特性补偿单元中受到损耗，故其信号输入降低，而掺稀土光纤1b接近非饱和态而增益提高。其结果是，掺稀土光纤6的损耗被掺稀土光纤1b补偿，并就整个光放大器A01来看其增益与光信号特性补偿单元6的非耗损状态相比并没有被损耗降低。
参见图2，其中说明了第一实施例的效果。图1配置的光放大器按实际构成，并且对增益和噪声系数(仅考虑信号与被放大的自发发射的光之间的节拍噪声成分)对于输入信号光功率进行了实际的测量。信号光波长为1552nm，泵浦光波长为980nm。为了考察光信号特性补偿单元6的损耗效果，插入了具有5dB与10dB损耗的光衰减器。记号■是指光衰减器的5dB损耗，记号▲是指光衰减器的10dB损耗，以及●是指没有插入光衰减器(0dB损耗)。泵浦光加于掺稀土光纤1a功率为50mw常量，不考虑损耗存在与否。当输入信号光功率小于-20dBm时，对于5dB的损耗增益的减少近似为2dB，而对于10dB的损耗增益的减少近似为4dB，这小于损耗的一半。另一方面，噪声系数对于各种损耗情形基本维持在5dB不变。本实验表明，在本发明的第一实施例的光放大器中，光信号特性补偿单元的损耗不用增加泵浦光功率即可被补偿。这实际还指出噪声系数也没有显出显著的变化。
图3示出本发明的光放大器的第二实施例的配置。光放大器A02包括作为放大介质的掺稀土光纤1a与1b，波长多路复用/多路分解单元2,3a与3b，光隔离器4a与4b，泵浦光源5与光信号特性补偿单元6。信号光与泵浦光分别通过光隔离器4a及波长多路复用/多路分解单元2与通过波长多路复用/多路分解单元2加到掺稀土光纤1a，并且该信号光被放大。然后该信号光依次通过波长多路复用/多路分解单元3a，光信号特性补偿单元6以及波长多路复用/多路分解单元3b，并且泵浦光仅通过波长多复用/多路分解单元3a与3b，加到下一级掺稀土光于是使得信号光又被放大。本实施例中，获得了与第一实施例相同的效果。
图4示出本发明的光放大器的第三实施例的配置。光放大器A03包括作为光放大介质的掺稀土光纤1a与1b，波长多路复用/多路分解单元2和3，光隔离器4a和4b，泵浦光源5与光信号特性补偿单元6。信号光通过光隔离器4a加到掺稀土光纤1a并被泵浦光放大，该泵浦光依次通过波长多路复用/多路分解单元2，掺稀土光纤1b及波长多路复用/多路分解单元3。该信号光这时依次通过波长多路复用/多路分解单元3，光信号特性补偿单元6以及波长多路复用/多路分解单元3而加到下一级通过波长多路复用/多路分解单元2被泵浦的掺稀土光纤1b，使得该信号光又被放大。本实施例中，获得了与第一实施例相同的效果。
图5表示了本发明的光放大器的第四实施例的配置。光放大器A04包括作为光放大介质的掺稀土光纤1a和1b，波长多路复用/多路分解单元2a、2b与3，光隔离器4a与4b，泵浦光源5a和5b以及光信号特性补偿单元6。信号光通过光隔离器4a与波长多路复用/多路分解单元2a加到掺稀土光纤1a，并被通过波长多路复用/多路分解单元2a的第一泵浦光(5a)及依次通过波长多路复用/多路分解单元2b，掺稀土光纤1b及波长多路复用/多路分解单元3的第二泵浦光(5b)放大。这时该信号光依次通过波长多路复用/多路分解单元3，光信号特性补偿单元6以及波长多路复用/多路分解单元3，并且该第一泵浦光和第二泵浦光分另通过波长多路复用/多路分解单元3及通过波长多路复用/多路分解单元2加到下一级掺稀土光纤1b，使得信号光又被放大。在本实施例中，获得了与第一实施例相同的效果。
图6示出本发明的光放大器的第五实施例的一个配置。光放大器A05包括作为光放大介质的掺稀土光纤1a与1b，波长多路复用/多路分解单元2a,2b与3，光隔离器4a与4b，泵浦光源5，光信号特性补偿单元6及反射镜7。信号光是通过光隔离器4a与波长多路复用/多路分解单元2a加到掺稀土光纤1a的。泵浦光通过波长多路复用/多路分解单元2a加到掺稀土光纤1a，并且在掺稀土光纤1a中没有被损耗的泵浦光通过波长多路复用/多路分解单元3，掺稀土光纤1b及波长多路复用/多路分解单元2b并被反射镜7反射，并通过同样的通路且指向掺稀土光纤1a，使得该信号光又被放大。这时，该信号光依次通过波长多路复用/多路分解单元3，光信号特性补偿单元6以及波长多路复用/多路分解单元3，并且信号光与泵浦光分别通过波长多路复用/多路分解单元3以及通过波长多路复用/多路分解单元2b加到下一级掺稀土光纤1b，于是信号光被放大。本实施例中，获得了与第一实施例同样的效果。本实施例中因为泵浦光被反射应用，故获得较高的放大效果。
图7表示出本发明的第六实施例的配置。光放大器A06包括作为光放大介质的掺稀土光纤1a,1b与1c，波长多路复用/多路分解单元2,3a与3b，光隔离器4a与4b，泵浦光源5与光信号特性补偿单元6a与6b。信号光通过光隔离器4a与波长多路复用/多路分解单元2加到掺稀土光纤1a。泵浦光通过波长多路复用/多路分解单元2加到掺稀土光纤1a使得信号光被放大。该信号光这时依次通过波长多路复用/多路分解单元3a，光信号特性补偿单元6a及波长多路复用/多路分解单元3a，并且泵浦光通过波长多路复用/多路分解单元3a加到掺稀土光纤1b使得该信号光只被放大。该信号光依次通过波长多路复用/多路分解单元3b，光信号特性补偿单元6b以及多路复用/多路分解单元3b，并且泵浦光通过波长多路复用/多路分解单元3b加到下一级掺稀土光纤1c，从而使得该信号先又被放大。光放大介质的数目不是必须为2而是可以为3或更多。本实施例中，获得了与第一实施例相同的效果。而且本实施例中在光放大器可装入多个光信号补偿单元而可获得联合特性补偿。
图8-10表示了本发明光放大器的第七到第九实施例的配置。这些配置类似于图1所示的第一实施例的配置，所不同之处是在光信号特性补偿单元6(图8)，输出(图9)及输入/输出(图10)中设置了光学部件4c。光学部件4c可以是一个光隔离器，现说明如下。光信号特性补偿单元6可以是一个色散补偿光纤，因而光纤的Raileigh散射或来自光连接器的反射光被返回到光放大器介质，使得光信号的放大特性会恶化。通过插入该光隔离器，这种反射光被抑制。该光隔离器阻止了反方向自然射出的光从光放大介质1b到光放大介质1a的传播。于是得到了较高的增益与较低的噪声的光放大器。
现在假设光学部件4c是一光通带滤波器。该光通带滤波器仅对信号光领域中的光产生均衡作用，而抑制该信号带以外的额外的自然发射和被放大的光进入下一级或上一级光放大介质。于是得到了类似的高增益低噪声的光放大器。
当光学部件4c是具有光隔离器与光通带滤波器串连的复杂的光学部件时，则插入光隔离器的效果与插入光通带滤波器的效果同时得到，使得可获得较高增益和较低噪声的光放大器。
图11示出了应用本发明的光放大器的光传输系统的第一实施例的配置。它包括光发送器100，传输线路光纤106和光接收器200。光发送器100包括一个电光转换器104与具有光信号特性补偿单元装入其中的光放大器105。光放大器105可以是第一到第九实施例中所示的光放大器之一。根据本实施例，获得了可抑制由于在光发送器中光信号特性补偿单元的植入所引起的光放大器增益或噪声特性的恶化的光传输系统。
图12示出了应用本发明的光放大器的光传输系统第二实施例的配置。它包括一个光放大器100，传输线路光纤106与光接收器200。该光接收器200包括具有植入的光信号特性补偿单元的光放大器206和光电转换器205，光放大器206可以是第一到第九实施例中所示光放大器之一。根据本实施例，获得了抑制了由于在光接收器中植入光信号特性补偿单元而产生的光放大器的增益与噪声特性的恶化的光传输系统。
图13示出了应用本发明的光放大器的光传输系统的第三实施例的配置。它包括光发送器100，传输线路光纤106，光放大中继器300和光接收器200。光放大中继器300可以是第一到第九实施例中所示的光放大器之一。根据本实施例，可获得抑制了由于在光放大中继中光信号特性补偿单元的植入所引起的光放大器增益及噪声特性恶化的光传输系统。
根据本发明，获得了无须增加泵浦光功率及泵浦光源数目即可对光信号特性补偿单元的损耗进行补偿并抑制先输入的降低及噪声系数增加的光放大器。因而，获得了使得增益的降低与噪声系数的增加得以抑制的简单低廉结构的光放大器，同时增加了诸如色散补偿这样的新功能。

Claims (17)

1．一种光放大器，具有多个光放大介质，一个泵浦光源和一个光信号特性补偿单元，其特征在于：
光信号特性补偿单元设置于所述光放大介质之间，并补偿信号光；
从泵浦光源输出的第一泵浦光被输入到所述光放大介质中的一个中；
从所述光放大介质之一的输出的第二泵浦光被输入到另外的光放大介质，不穿过光信号特性补偿单元。
2．根据权利要求1的其特征在于，所述光放大器还包括：
多个波长多路复用/多路分解单元，用于多路复用或多路分解信号光所述第一或第二泵浦光；
至少一个用于对所述泵浦光源的输出和信号光进行多路复用的波长多路复用/多路分解单元；
其他波长多路复用/多路分解单元，被设置在上述光放大介质之间；
据此，从上述其中一个光放大介质输出的泵浦光通过另一波长多路复用/多路分解单元被直接送到下一级光放大介质，并且由其中一个该光放大介质输出的信号光通过上述光信号特性补偿单元并通过另一波长多路复用/多路分解单元，并通过另一波长多路复用/多路分解单元被传送到下一级光放大介质以便再次放大该信号。
3．根据权利要求2的光放大器，其特征在于，上述光信号特性补偿单元包括一个色散补偿单元。
4．根据权利要求2的光放大器，其特征在于，上述光信号特性补偿单元包含一个色散补偿光纤。
5．根据权利要求2的光放大器，其特征在于，上述光信号特性补偿单元包括一均衡滤波器，其光放大增益与波长相关。
6．根据权利要求1的光放大器，其特征在于，它还包括：
多个波长多路复用/多路分解单元，用于多路复用或多路分解信号光和所述第一或第二泵浦光；
一个光隔离器；
至少上述波长多路复用/多路分解单元之一多路复用上述泵浦光源的输出和信号光；
其他波长多路复用/多路分解单元，设置在上述光放大介质之间；
据此，从光放大介质之一输出的泵浦光通过其他波长多路复用/多路分解单元并被直接传送到下一级光放大介质，并且从光放大介质之一输出的信号光通过其他波长多路复用/多路分解单元并通过上述光隔离器和上述光信号特性补偿单元，然后通过另一波长多路复用/多路分解单元被送到下一级光放大介质，再次放大该信号。
7．根据权利要求6的光放大器，其特征在于，上述光信号特性补偿单元包括一个色散补偿单元。
8．根据权利要求7的光放大器，其特征在于，上述光信号特性补偿单元包括一个色散补偿光纤。
9．根据权利要求8的光放大器，其特征在于，上述光信号特性补偿单元包括一个均衡滤波器，其光放大增益与波长相关。
10．根据权利要求1的光放大器，它其特征在于，它还包括：
多个波长多路复用/多路分解单元，用于多路复用或多路分解信号光和所述第一或第二泵浦光。
一个光通带滤波器；
上述波长多路复用/多路分解单元中至少一个多路复用上述泵浦光源的输出和信号光；
其他波长多路复用/多路分解单元，设置在上述光放大介质之间；
由此，从光放大介质之一输出的泵浦光通过其他波长多路复用/多路分解单元并被直接送到下一级光放大介质，并且从光放大介质之一输出的信号光通过这些其他波长多路复用/多路分解单元并通过上述光通带滤波器和上述光信号特性补偿单元，然后通过另一波长多路复用/多路分解单元被送到下一级光放大介质，以便再次放大该信号。
11．根据权利要求10的光放大器，其特征在于，上述光信号特性补偿单元包括一色散补偿单元。
12．根据权利要求10的光放大器，其特征在于，上述光信号特性补偿单元包括一色散补偿光纤。
13．根据权利要求10的光放大器，其特征在于，上述光信号特性补偿单元包括一均衡滤波器，其光放大增益与波长相关。
14．根据权利要求1的光放大器，其特征在于，它还包括：
多个波长多路复用/多路分解单元，用于多路复用或多路分解信号光和所述第一或第二泵浦光；
一个光隔离器；以及
一个光通带滤波器；
至少上述波长多路复用/多路分解单元之一多路复用上述泵浦光源的输出和信号光；
其他波长多路复用/多路分解单元，设置在上述光放大介质之间；
由此，由光放大介质之一输出的泵浦光通过其他波长多路复用/多路分解单元并被直接送到下一级光放大介质，并且从光放大介质之一输出的信号先通过其他的波长多路复用/多路分解单元并通过上述光隔离器，上述光通带滤波器和上述光信号特性补偿单元，并然后通过另一波长多路复用/多路分解单元被送到下一级光放大介质以便再次放大该信号。
15．根据权利要求14的光放大器，其特征在于，上述光信号特性补偿单元包括一色散补偿单元。
16．根据权利要求14的光放大器，其特征在于，上述光信号特性补偿单元包括一个色散补偿光纤。
17．根据权利要求14的光放大器，其特征在于，上述光信号特性补偿单元包括一个均衡滤波器，其光放大增益与波长相关。
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